JP7196479B2 - スリーブはんだ付け装置 - Google Patents

Description

本開示は、スリーブはんだ付け装置に関する。

従来より、基板に電子部品の端子をはんだ付けする場合において、そのはんだ付けの出来栄えを良好にするための技術の開発が進められている。例えば、特許文献１には、はんだ付けする部分の熱容量を算出し、その算出した熱容量に基づき、はんだ付け時間などの条件を算出する技術が開示されている。

特開２０１１－２２８６３５号公報

ところで、はんだ付けの対象となる基板の熱容量が大きい場合、はんだ付け部分をはんだ付けに適した温度に到達させるまでに必要な熱量が増加する。そのため、筒状のスリーブの内部に糸状のはんだを供給して加熱する、いわゆるスリーブはんだ付け装置においては、スリーブを加熱するためのヒータの出力を増加させることで、はんだ付け部分をはんだ付けに適した温度に到達させることが考えられている。しかしながら、スリーブを加熱するためのヒータだけの熱量では、単位時間当たりに出力できる熱量に限界があり、従って、はんだ付けする部分をはんだ付けに適した温度に到達させることが困難となる場合がある。また、はんだ付しようとする基板のランド側の主加熱は、スリーブ先端の接触により伝熱で行われるため、接触伝熱を効率良く行うには一定の力で基板に接触させる必要が生じる。ゆえに、スリーブの押圧をコントロールし、基板の反りを抑えることが、良好なはんだ付け品質を維持するために重要である。基板の反り量が大きい状態ではんだ付けされた基板の製品寿命は、環境サイクルにさらされた場合のはんだクラック発生寿命と相関が認められ、例えば車両用の基板等では、初期の接合品質だけで製品寿命を保証することが難しかった。

このような背景に鑑み、近年では、例えば、スリーブを加熱するためのヒータとは別の熱源によって基板全体を加熱することにより、はんだ付けする部分を含め基板ごと温度を上昇させることが考えられている。しかしながら、この技術では、熱エネルギーのロスが大きいこと、はんだ付けが不要な部分までも加熱されてしまい変形や熱的なダメージが大きくなること、などといった不具合が生じる。また、スリーブによるはんだ付け時では、基板にかかる押圧力と基板の変形量を管理することが重要となっている。

そのため、近年では、基板全体を加熱するのではなく、はんだ付けする部分を補助的に加熱する補助熱源を備えることが考えられている。この構成によれば、基板全体ではなく、はんだ付けする部分を局所的にピンポイントで補助熱源によって加熱することができる。そのため、基板全体を加熱する場合に比べ、熱エネルギーのロスを抑制することができ、また、はんだ付けが不要な部分の変形やダメージを抑制することができる。

しかしながら、このような補助熱源による技術によっても、例えば樹脂製のプリント基板などといった熱容量が比較的大きい基板を補助加熱する場合には、やはり、補助熱源の熱が影響してしまい、基板の反り、歪みなどの変形が生じるおそれがある。

そこで、補助熱源の熱によっても変形が懸念されるような比較的熱容量の大きい基板にはんだ付けする場合であっても、基板の変形を抑制しつつ良好にはんだ付けを行うことができるようにしたスリーブはんだ付け装置を提供する。

本開示に係るスリーブはんだ付け装置は、基板１００のスルーホール１０１に設けられたランド１０２内に電子部品の端子１１０をはんだ付けする装置１０であって、筒状に形成され、内部に供給されるはんだを加熱するスリーブ１１と、はんだ付けの実行前に予め前記ランドおよび前記端子を局所的に加熱する補助熱源１６，１７と、前記補助熱源による補助加熱時における前記基板の変形を検知する変形検知部１８と、前記変形検知部による検知結果に応じて前記補助熱源の駆動を制御する制御部２０と、を備える。

この構成によれば、補助熱源の熱によっても変形が懸念されるような比較的熱容量の大きい基板にはんだ付けする場合であっても、変形検知部が検知する基板の変形量に応じて補助熱源の出力を調整しながら補助加熱を行うことができ、基板の変形を抑制しつつ良好にはんだ付けを行うことができる。

本実施形態に係るはんだ付け装置の構成例を概略的に示すものであって、補助加熱実行時の状態例を示す図 本実施形態に係るはんだ付け装置の制御系の構成例を概略的に示すブロック図 本実施形態に係るはんだ付け装置の構成例を概略的に示すものであって、はんだ付け実行時の状態例を示す図 本実施形態に係る補助加熱実行時における基板の変形制御の一例を説明するための図

以下、スリーブはんだ付け装置に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に例示するはんだ付け装置１０は、例えば樹脂製のプリント基板などといった比較的熱容量が大きい基板１００のスルーホール１０１に設けられたランド１０２内に電子部品の端子１１０をはんだ付けする装置である。この場合、はんだ付け装置１０は、筒状のスリーブ１１によりはんだを溶解させてはんだ付けする、いわゆるスリーブはんだ付け装置である。

はんだ付け装置１０は、スリーブ１１、ヒータ１２、はんだ切断部１３などを有するスリーブユニット１４を備えている。はんだ付け装置１０は、基板１００に対し、スリーブユニット１４を鉛直方向および水平方向に移動可能に備えている。

スリーブ１１は、例えばセラミックなどで構成されており、鉛直方向に長い筒状に形成されている。スリーブ１１の内部は中空状となっている。ヒータ１２は、例えばスリーブ１１の上部の外側面に設けられており、スリーブ１１を加熱する。はんだ切断部１３は、図示しないはんだ供給部から供給される糸状のはんだを、図示しないカッタによって所定長さに切断して、はんだ片を形成する。はんだ切断部１３が形成するはんだ片は、スリーブ１１の内部に落下して供給される。そして、スリーブ１１の内部に供給されるはんだ片は、ヒータ１２によって加熱されているスリーブ１１の内周面に接触することにより溶融し、これにより、基板１００のランド１０２内に挿入されている電子部品の端子１１０が、溶融したはんだ片によってはんだ付けされる。

また、はんだ付け装置１０は、熱風供給部１６、近赤外線照射部１７を備えている。熱風供給部１６は、スリーブユニット１４によるはんだ付けの実行前に予めランド１０２および電子部品の端子１１０を遠隔から局所的に加熱する補助熱源の一例である。詳しい図示は省略するが、熱風供給部１６は、空気を加熱するヒータ、このヒータにより加熱された空気を送風する送風ファン、この送風ファンを回転させるファンモータなどを備えており、これらヒータおよびファンの駆動を制御することによって熱風を供給可能に構成されている。

また、熱風供給部１６は、基板１００に対し、鉛直方向および水平方向に移動可能に備えられている。また、熱風供給部１６は、例えば、当該熱風供給部１６自体が回動可能に設けられていることにより、あるいは、当該熱風供給部１６の熱風吹出口に設けられているルーバの回動が制御されることにより、熱風の吹き出し方向を調整可能に構成されている。

近赤外線照射部１７は、スリーブユニット１４によるはんだ付けの実行前に予めランド１０２および電子部品の端子１１０を遠隔から局所的に加熱する補助熱源の一例である。詳しい図示は省略するが、近赤外線照射部１７は、近赤外線を発生する近赤外線ヒータなどを備えており、この近赤外線ヒータの駆動を制御することによって近赤外線を照射可能に構成されている。

また、近赤外線照射部１７は、基板１００に対し、鉛直方向および水平方向に移動可能に備えられている。また、近赤外線照射部１７は、例えば、当該近赤外線照射部１７自体が回動可能に設けられていることにより、近赤外線の照射方向を調整可能に設けられている。

また、はんだ付け装置１０は、変形検知装置１８を備えている。変形検知装置１８は、変形検知部の一例であり、例えば、光学カメラやレーザなどによって検知対象物の立体的な変形を検知する周知の装置で構成されている。本実施形態では、変形検知装置１８は、検知対象物の立体的な変形を検知する、いわゆる三次元センサとしてではなく、検知対象物の立体的な変形を時系列でリアルタイムに検知することができる、いわゆる四次元センサとして機能するように構成されている。また、変形検知装置１８は、基板１００に対し、鉛直方向および水平方向に移動可能に備えられている。また、変形検知装置１８は、例えば、当該変形検知装置１８自体が回動可能に設けられていることにより、その検知方向を調整可能に設けられている。

次に、はんだ付け装置１０の制御系の構成例について説明する。図２に例示する制御装置２０は、例えばマイクロコンピュータを主体として構成されており、ヒータ１２の駆動、はんだ切断部１３の駆動、スリーブユニット１４の駆動、熱風供給部１６の駆動、近赤外線照射部１７の駆動など、はんだ付け装置１０の動作全般を制御する。制御装置２０は、制御部の一例である。

制御装置２０は、例えば、スリーブユニット１４を移動させるための図示しない移動機構の各種パラメータなどの変動値に基づいて、スリーブユニット１４の移動位置、換言すれば、スリーブ１１の移動位置を特定可能に構成されている。図１に例示するように、制御装置２０は、スリーブ１１の移動位置が当該スリーブ１１の先端部が基板１００の上面から離間する離間位置にあるときに、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７を駆動するように構成されている。これにより、制御装置２０は、スリーブユニット１４によるはんだ付け実施前に、予め、ランド１０２および電子部品の端子１１０を補助熱源によって補助的に加熱するようになっている。なお、離間位置は、スリーブ１１が基板１００から上昇した上昇位置として定義することができる。

また、図３に例示するように、制御装置２０は、スリーブ１１の移動位置が当該スリーブ１１の先端部が基板１００の上面に接触する接触位置にあるときには、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の駆動を停止するように構成されている。これにより、制御装置２０は、スリーブユニット１４によるはんだ付け実施時においては、ランド１０２および電子部品の端子１１０を補助熱源によって加熱しないように構成されている。なお、接触位置は、スリーブ１１が基板１００側に下降した下降位置であり、はんだ付けを実行するはんだ付け実行位置の一例として定義することができる。

また、制御装置２０は、変形検知装置１８の駆動も制御するように構成されている。具体的には、図１に例示するように、制御装置２０は、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７による補助加熱を開始すると、変形検知装置１８の駆動を開始するように構成されている。また、図３に例示するように、制御装置２０は、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７による補助加熱を停止すると、変形検知装置１８の駆動を停止するように構成されている。

制御装置２０は、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７による補助加熱実行時においては、変形検知装置１８によって、基板１００の変形、例えば、反りや歪みを時系列でリアルタイムに検知する。そして、制御装置２０は、変形検知装置１８による検知結果に応じて、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の駆動つまり出力を制御するように構成されている。

このとき、制御装置２０は、変形検知装置１８によって検知される基板１００の変形量が大きいほど、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の出力を小さくするように調整する。これにより、基板１００の変形量が大きい場合には、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７により与えられる熱量が少なくなるように調整される。そのため、基板１００のそれ以上の変形を抑えることができ、ひいては、基板１００を変形前の状態に近づける、あるいは、復帰させることができる。制御装置２０は、このように、変形検知装置１８の検知結果に応じて熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の出力を制御することで、図４に例示するように、補助加熱実行時における基板１００の変形量を所定量Ｈ以下、この場合、少なくとも歪みが１０μｍ以下となるように調整する。

なお、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の出力制御の態様は、種々の態様を採用することができる。例えば、制御装置２０は、熱風供給部１６の出力を低下させる度合いと近赤外線照射部１７の出力を低下させる度合いとを、同じ度合いとしてもよいし、異なる度合いとしてもよい。また、制御装置２０は、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の双方の出力を調整するようにしてもよいし、何れか一方の出力を維持したまま他方の出力を調整するようにしてもよい。また、制御装置２０は、熱風供給部１６の出力を低下させるタイミングと近赤外線照射部１７の出力を低下させるタイミングとを、同じタイミングとしてもよいし、異なるタイミングとしてもよい。また、制御装置２０は、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の何れか一方の出力を低下させつつ他方の出力を上昇させるようにしてもよい。このように、制御装置２０は、熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の出力制御について種々の態様を採用することができる。そのため、はんだ付け装置１０によれば、変形検知装置１８によって検知される実際の基板１００の変形の態様、例えば、変形量、変形形状、変形しているエリアの大きさなどに応じて、適用する補助熱源の制御態様を適宜切り換えることが可能である。

本実施形態に係るはんだ付け装置１０によれば、補助熱源の一例である熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の熱によっても変形が懸念されるような比較的熱容量の大きい基板１００にはんだ付けする場合であっても、補助加熱実行時において変形検知装置１８が検知する基板１００の変形量に応じて熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の出力を調整しながら補助加熱を行うことができる。よって、基板１００の変形を抑制しつつ良好にはんだ付けを行うことができる。

また、はんだ付け装置１０によれば、変形検知装置１８は、補助加熱実行時における基板１００の変形を時系列でリアルタイムに検知する。これにより、補助加熱実行時おける基板１００の変形を動的に監視することができ、その動的な変形に応じて熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の出力をきめ細かく制御することができる。

また、はんだ付け装置１０によれば、制御装置２０は、補助加熱実行時において変形検知装置１８が検知する基板１００の変形量が所定量Ｈ以下となるように熱風供給部１６および近赤外線照射部１７の駆動を制御する。これにより、補助加熱実行時おいて基板１００が大きく変形してしまうことを抑制することができ、補助加熱後のはんだ付けの出来栄えを一層良好にすることができる。なお、所定量Ｈの値は、例えば、要求されるはんだ付けの出来栄えのレベル、はんだ付けを実施する基板１００の性質などに応じて、適宜変更して設定することができる。

なお、本開示に係るスリーブはんだ付け装置は、上述した一実施形態に係るはんだ付け装置１０に限られず、要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や拡張を行うことができる。例えば、制御装置２０は、はんだ付け実行時においても変形検知装置１８を駆動して、基板１００の変形を監視するように構成してもよい。そして、制御装置２０は、はんだ付け実行時において変形検知装置１８が検知する基板１００の変形量に応じて、ヒータ１２の出力を調整するように構成してもよい。

また、はんだ付装置１０は、例えば、スリーブ１１内の圧力を圧力センサなどにより検知し、その検知されるスリーブ１１内の圧力をモニターすることにより、初期的なはんだ付け品質をリアルタイムで担保すると同時に、例えば４Ｄセンサー株式会社製の３次元センサのようなセンサにより、基板１００の変形を監視しながら抑制し、長期的な製品寿命も担保するようにしてもよい。このとき、スリーブ１１の内圧に基づく基板１００の変形抑制制御は、補助熱源の出力を調整することに基づく変形抑制制御と合わせて行ってもよいし、補助熱源の出力を調整することに基づく変形抑制制御とは別個に行うようにしてもよい。

また、はんだ付け装置１０は、例えば、熱風供給部１６の駆動時間と近赤外線照射部１７の駆動時間とを異ならせる、熱風供給部１６の出力と近赤外線照射部１７の出力とを異ならせる、熱風供給部１６による熱風の吹き出し角度と近赤外線照射部１７による近赤外線の照射角度とを異ならせる、などといったように、熱風供給部１６の駆動態様と近赤外線照射部１７の駆動態様とを相互に異ならせるといった制御を行うようにしてもよい。また、補助熱源は、熱風や近赤外線に限られるものではなく、はんだ付けが必要な部分を補助加熱できる熱源であれば、種々の熱源を採用することができる。

なお、本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１０はスリーブはんだ付け装置、１１はスリーブ、１６は熱風供給部（補助熱源）、１７は近赤外線照射部（補助熱源）、１８は変形検知装置（変形検知部）、２０は制御装置（制御部）、１００は基板、１０１はスルーホール、１０２はランド、１１０は電子部品の端子を示す。

Claims (4)

1. 基板（１００）のスルーホール（１０１）に設けられたランド（１０２）内に電子部品の端子（１１０）をはんだ付けする装置（１０）であって、
   筒状に形成され、内部に供給されるはんだを加熱するスリーブ（１１）と、
   前記基板の変形を検知する変形検知部（１８）と、
   はんだ付けの実行前に予め前記ランドおよび前記端子を局所的に加熱する補助熱源（１６，１７）と、
   前記変形検知部による検知結果に応じて前記補助熱源の駆動を制御する制御部（２０）と、
   を備え、
   前記変形検知部（１８）は、前記補助熱源による補助加熱時における前記基板の変形を検知するスリーブはんだ付け装置。
2. 前記変形検知部は、前記基板の変形を時系列で検知する請求項１に記載のスリーブはんだ付け装置。
3. 前記制御部は、前記変形検知部が検知する前記基板の変形量が所定量以下となるように前記補助熱源の駆動を制御する請求項１または２に記載のスリーブはんだ付け装置。
4. 前記制御部は、スリーブ内部の前記変形検知部が検知する前記基板の変形量が所定量以下となるように前記補助熱源の駆動を制御する請求項１から３の何れか１項に記載のスリーブはんだ付装置。
   

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